RC框架结构基于一致风险倒塌谱的抗震设计方法研究

Ensuring the collapse safety of engineering structures is a critical objective of earthquake engineering. The emerging trend to develope uniform-risk-targeted seismic design method and therefore to quantitatively ensure the collapse performance of engineering strucutres subjected to catastrophic earthquakes is globally acknowledged by the earthquake engineering society as a promising orientation of the discipline. This project takes regular reinforced concrete (RC) frame structures as the object of the research, proposes the practical uniform collapse risk spectrum for design purpose, and establishes the uniform-risk-targeted seismic design method for RC frame structures. To realize the above purpose, the following topics are incorporated in this project: (a) simplified single-degree-of-freedom (SDOF) hysteretic model for RC frame structure capable of collapse analysis and its modeling method; (b) collapse fragility prediction model based on pushover curve; (c) practical uniform collapse risk spectrum for design purpose; and (d) target pushover curve optimization and seismic design based on the optimal pushover curve. Through the effort of this project, it helps to improve the collapse safety of China's engineering structures with a scientific and rational basis, which has important scientific significance and practical value for further enhancing China's capacity of disaster prevention and mitigation.

避免结构物的地震倒塌是结构抗震设计的首要目标。建立基于一致倒塌风险的抗震设计方法，从而直接并定量的保证结构"大震不倒"的性能目标，是国际地震工程学科发展的重要趋势。本课题以规则多层RC框架结构为研究对象，提出RC框架结构的设计用一致风险倒塌谱，从而建立可量化倒塌风险的RC框架结构抗震设计方法。重点研究：可用于RC框架结构倒塌分析的SDOF模型及建模方法；基于推覆能力曲线预测结构的倒塌易损性的方法；可用于设计的一致风险倒塌谱；以及设计目标能力曲线优选、确定及其工程设计方法。通过本课题的研究，可更科学合理的保障我国工程结构的抗震安全水平，对提高我国工程结构防灾减灾能力有着重要的科学意义和实用价值。

避免结构物的地震倒塌是结构抗震设计的首要目标。建立基于一致倒塌风险的抗震设计方法，从而直接并定量的保证结构“大震不倒”的性能目标，是国际地震工程学科发展的重要趋势。本项目以钢筋混凝土框架结构为研究对象，以结构在设计年限内的一致倒塌风险为研究目标，对RC框架的抗地震安全性能进行了系统的研究。主要研究工作和成果如下：.（1）采用IDA方法定量评价了按我国现行建筑抗震设计方法设计的40个RC框架结构的抗地震倒塌能力。我国RC框架结构的抗倒塌安全储备系数CMR主要分布在2.0与3.5之间，地震动的不确定性主要分布在0.40与0.55之间。.（2）通过观察上述RC框架结构在地震动作用下的倒塌模式，发现框架柱丧失竖向承载力而导致上部结构在重力作用下发生竖向连续倒塌破坏，是框架结构在地震作用下最主要的破坏模式。.（3）论述了结构抗地震倒塌能力的不确定性来源，应用中心点法定量估计了结构模型参数不确定性对结构抗倒塌能力的影响。.（4）充分考虑结构所在场地的地震危险性，介绍了“一致倒塌风险”的抗震设计目标，给出结构抗地震倒塌能力的目标。.（5）利用基于IDA的倒塌易损性方法定量评价了SDOF结构的抗地震倒塌能力，并提出了结构抗地震倒塌谱，系统研究了结构特性和地震动特性对SDOF体系抗地震倒塌能力的影响。.（6）提出了基于SDOF结构的倒塌易损性简化预测方法，并给出了分析流程。通过40个多层RC框架的分析研究表明，本课题建议的基于等效SDOF结构的IDA分析方法适用于多层规则RC框架的倒塌易损性预测。. 通过本课题的研究，可更科学合理的保障我国工程结构的抗震安全水平，对提高我国工程结构防灾减灾能力有着重要的科学意义和实用价值。